《紅外光譜在枸杞產地鑒別中的應用實證研究》14000字（論文）

紅外光譜在枸杞產地鑒別中的應用實證研究目錄TOC\o"1-2"\h\u29777摘要 119210關鍵詞 283721.前言 244531.1枸杞概況 2114471.1.1枸杞簡介 228781.1.2枸杞分布 2133481.1.3枸杞的主要成分 2108031.2判別枸杞產地的研究現狀 3315361.3研究意義 577932.實驗部分 589512.1實驗儀器和藥品 5306472.1.1實驗儀器及設備 527972.1.2實驗樣本的收集 5132112.2實驗方法 637342.2.1光譜信息的采集 6191402.2.2中紅外光譜的預處理 626322.3紅外譜圖對比區(qū)分枸杞產地 774852.3.1原理 799322.3.2直接譜圖解析區(qū)分枸杞產地的方法 7240722.4紅外譜圖結合相似圖匹配對比區(qū)分枸杞產地 8110162.4.1原理 8247282.4.2方法 8194983.結果與討論 8324823.1紅外光譜 8306893.2紅外譜圖對比區(qū)分枸杞產地 9176943.2.1同一地區(qū)的譜圖比較 9127143.2.2三個產地的譜圖比較 15144513.3紅外光譜結合相似度匹配建模 1690193.3.1建模條件的優(yōu)化 16307583.3.2相似度匹配模型的應用 17167864.結論 20135604.1結論 2013109參考文獻 21摘要：以寧夏、甘肅、新疆等不同產地的枸杞為研究對象，樣品不需要處理，直接采集紅外譜圖（1）通過樣品紅外譜圖的直接比較，探尋1631cm-1和1057cm-1附近范圍指紋區(qū)的多糖類吸收峰的差異性，得到區(qū)分出不同產地枸杞的一種方法。（2）選取寧夏中衛(wèi)的品質較好的5號枸杞作為標準品，用紅外光譜相似度匹配分析，得到區(qū)分出不同產地枸杞的另一種方法。對比兩種方法表明，第一種方法較為簡單快捷。進一步探討了改進紅外光譜相似度匹配法的建模條件，達到了更準確地區(qū)分枸杞產地的目的。關鍵詞：不同產地，紅外光譜，定性分析，枸杞，比較1.前言1.1枸杞概況1.1.1枸杞簡介枸杞是茄科植物枸杞，成熟干燥果實，是國內外的具有高藥用價值和營養(yǎng)價值的保健品和中藥材[1]。由于枸杞功效眾多，且外觀以深紅、橢圓形為優(yōu)，因此也被稱作“紅寶”[2,3]。其具有滋補肝腎、益精明目，對抗衰老、提高免疫力及降低血糖的功效，可用于治療和緩解虛勞精虧、腰膝酸痛、眩暈耳鳴、內熱消渴、血虛萎黃、目昏不明。在抗脂肪肝和抗動脈粥樣硬化上也有顯著效果[4]。也有研究實驗顯示，枸杞還能清除自由基、抗氧化、抗腫瘤、保肝、神經保護等功能。枸杞自古就有“久服輕身不老”的說法其能直接入藥，還能生嚼服用，其入藥部位多為果實、葉、根皮[5,6]。目前全世界大約有80種枸杞品種，在中國就有7種品種和3個變種[7]。1.1.2枸杞分布枸杞在我國各地都有分布，目前主要分布在我國的西北、華北地區(qū)除了寧夏枸杞(種)有規(guī)?；姆N植以及部分品種少量栽培外，大部分品種為野生狀態(tài)，可見其有良好的環(huán)境適應性。由文獻材料可知，以各產地為名的枸杞，不一定產自該地。如寧夏枸杞，又叫做甘枸杞，在川北、華北北部、內蒙古、陜西、甘肅、寧夏、青海和新疆這些地方，都能生長。而這些地區(qū)的植被都屬于草原荒漠區(qū)，可見寧夏枸杞主要生長在此類地區(qū)。而寧夏枸杞是《中華人民共和國藥典》中唯一作為藥材的枸杞種類[6]?？梢娝幉牡漠a地對藥材的品質會有顯著影響，道地藥材的藥用價值一般高于非道地藥材[4]。其價格也隨質量而上漲。因此，市面上出現很多不良商家，為了非法牟利，售賣以次充好的枸杞，非寧夏產地的枸杞卻自稱為寧夏枸杞。1.1.3枸杞的主要成分經現代藥學研究，枸杞含有多糖、維生素、氨基酸黃酮、甜菜堿、類胡蘿卜素、酚酸、等有效成分，還有人體必需的微量元素等[1,7]。此外，枸杞中還含有棕擱酸、亞油酸等脂肪油類成分[8]。但也由于成分復雜，枸杞藥材難以通過化學指標進行產地判斷，因此對于產地的質控還是需待解決的困難[9]。為使枸杞產業(yè)健康發(fā)展，維護企業(yè)品牌和消費者權益，需建立有效的枸杞質量控制和產地溯源分析技術[7]。由于枸杞的多種功效，市面上有許多枸杞加工過的功能性產品，如枸杞保健酒、功能性飲料、枸杞色素、功能性酸奶、枸杞籽油、速溶粉等[8]。1.2判別枸杞產地的研究現狀常見判別枸杞是否摻偽的傳統方法主要有性狀鑒別、顯微鑒別、化學成分分析鑒別、分子生物學技術鑒別和基于紅外光譜、近紅外光譜和拉曼光譜法快速檢測方法。一、性狀鑒別：性狀鑒別主要是根據百粒枸杞的重量、長度、寬度、外觀、口味等物理屬性進行判斷。二、顯微鑒別：是對枸杞進行剖切后，顯微鑒別其內部結構。產自不同地區(qū)的枸杞，內部結構有一定的差異性。林麗等比較了產自寧夏、河北、中寧的枸杞子的內部結構，發(fā)現差異性主要體現在種皮石細胞和果皮表皮細胞。三、化學成分分析鑒別：不同產地的枸杞，由于日照、氣候條件的不同，其多糖、黃酮、類胡蘿卜素、甜菜堿等活性成分含量也不同。因此，通過化學成分的分析，可以區(qū)分不同產地的枸杞。對枸杞進行化學成分分析的對象一般有三大類：以多糖、黃酮、類胡蘿卜素、甜菜堿為首的活性組分、微量元素、揮發(fā)性成分[3]。對于多糖、黃酮等成分，主要研究其含量的差異；對于微量元素，目前已有研究者采用電感藕合等離子體質譜儀和電感藕合等離子體發(fā)射光譜儀、原子吸收分光光度法原子吸收光譜法、因子分析法等方法對枸杞子的微量元素進行差異性測定分析，實現枸杞產地的歸屬判別；對于揮發(fā)性成分，根據文獻可知，枸杞中的揮發(fā)油有大量酸類、酯類、酮醛類、芳香族化合物、烷烴類和醇類等成分，而產自不同產地的枸杞提煉出的揮發(fā)性成分不同。樓舒婷通過研究得出，新疆和青海黑枸杞主要是酯類和烷烴化合物，而產自新疆的紅枸杞則主要是烷烴和醛類。通過這些揮發(fā)性成分和含量的不同，可以推斷其是受產地的日照時長、氣候、等自然條件因素的影響的[10]。四、分子生物學技術鑒別：目前已有的方法，多用于區(qū)分枸杞的產地、品質等。查閱文獻可知，現目前已有的分子生物學方法主要有SDS-聚丙烯酞胺凝膠電泳定性方法、SCAR標記結合引物擴增的序列片段、聚類分析結合引物擴增的指紋數據、隨機引物隨機擴增的RAPD指紋數據、聚類分析結合nrDNAITS序列分析、隨機擴增微衛(wèi)星多態(tài)性((RAMP)-PCR技術。通過以上技術，可以判斷將不同產地的枸杞進行區(qū)分，而不同產地的枸杞由于自然條件等因素的不同，會有品質上的差異，進而可以對枸杞品質進行判斷[3]。但是以上四種常規(guī)檢測方法均有一些方面具有缺點，性狀鑒別雖然簡單，但是作為普通消費者，如果沒有充足的經驗，難以通過其物理屬性判斷產地，且可能由于枸杞產地的地緣位置較近或氣候條件相似等因素，造成不同產地的枸杞但是其物理屬性相似的情況，而出現誤判的結果[3]。對于顯微鑒別、觀察需要試劑裝片，前處理多，且通過觀察內部結構，會由于主觀因素，而造成結果的偏差[11]?；瘜W成分分析鑒別步驟多且操作復雜，目前的研究較少，還沒有探索出一個最方便快捷的測量方法。分子生物學技術鑒別步驟多，操作復雜，實驗條件要求高，判別結果不穩(wěn)定、重復性差。如電感藕合等離子體質譜儀和電感藕合等離子體發(fā)射光譜儀、原子吸收光譜法主要用于測枸杞中的礦質元素，但這些方法均有其缺點，原子吸收光度法雖然有較強選擇性，但受干擾性強，分析元素時需根據元素的不同更換光源燈而導致效率低。Zhang等使用ICP-MS結合判別分析的方法，測定寧夏、甘肅、新疆的122份枸杞樣品中的K,Mg,Fe,Ca,Zn,Cu,Mn,Al,Sr,Rb,Mo,Tb,Cd,Co,V,As,Cs,Pr,Dy和Gd元素，從結果可知，只有K在不同樣品中是沒有明顯的差異，通過其他元素含量不同可以區(qū)分寧夏與費寧夏地區(qū)樣品。但是此方法的交叉檢驗判別率較低[3]。五、光譜技術鑒別：絕大多數情況下，紅外吸收光譜常指中紅外光譜，紅外分光光度計、非分散紅外光度計和傅立葉變換紅外光譜儀等是該紅外區(qū)的常用測定儀器。光譜分析技術主要有近紅外/中紅外光譜技術、拉曼光譜技術和X射線熒光光譜法等，由于與常規(guī)檢測方法進行比較，近紅外/中紅外光譜技術具有樣本不需要前處理、測試時無需使用化學試劑、節(jié)約時間的成本支出等優(yōu)點，可以實現大批量樣本快速無損檢測。因此絕大多數情況下，近紅外/中紅外光譜技術運用是最廣的[12]。對于近紅外光譜技術，目前有大量對于使用近紅外光譜法結合相似度匹配的研究。瞿海斌等采用近紅外光譜和相似度匹配值方法對丹參藥材質量進行無損快速評價[12]。葉亞軍等使用近紅外光譜結合馬氏距離和相似度匹配建立了能鑒別出固液態(tài)香精中的不合格樣品的模型[13]。張文明通過近紅外光譜結合相似度匹配對金銀花原料藥材的質量進行區(qū)分[14]。劉紹勇等在PLS定量分析的基礎上利用近紅外光譜指紋圖譜結合相似度匹配，得到連翹藥材質量控制的方法[15]。吳明美等通過近紅外光譜的相似度匹配，與SPSS18軟件中的重復方差分析方法對兩種類型的陳化煙葉的化學成分在一年中的變化進行研究[16]。也有一些研究是基于紅外光譜結合相似度匹配，對樣品的質量進行分辨。李淑娟通過紅外光譜區(qū)分同類不同結構的配合劑，利用匹配度判別合成產品與目標物質的匹配度[17]。王小雄等提出在特征參量變化率的基礎上的光譜相似度匹配法，并運用數理統計分析確定了其評判標準，實現實時監(jiān)控瀝青質量[18]。楊天偉等在對不同產地絨柄牛肝菌鑒別中，運用相似度匹配對其樣品與經過光譜預處理的平均譜圖的重現性、精密度、穩(wěn)定性進行計算，獲得結果可表明該方法穩(wěn)定、可靠[19]。除了相似度匹配，常用的方法還有直接對比紅外譜圖的方法。孫素琴用FTIR光譜法對四種未加工的枸杞的紅外光譜圖進行測定，通過比較譜圖的特征可以對枸杞進行分類。每種枸杞會有與其性狀對應的紅外特征吸收峰，同時兩者也有一定的關聯性和變化的規(guī)律[2]。彭勇對枸杞的紅外指紋圖譜進行研究，得到在波數為2918cm-1和2850cm-1的附近范圍表征的是CH2-和CH3-的吸收峰；在波數為1728cm-1表征的是脂肪類化合物的吸收峰；在波數為1587cm-1和1405cm-1的附近范圍表征的是氨基酸多肽類的吸收峰；在波數為1024cm-1表征的是糖類的吸收峰[20]。高媛在用FTIR光譜對寧夏中寧的光譜進行產地鑒別，分析了紅外光譜。得到在波數為3390cm-1處表征的是O-H基團的伸縮振動而產生的波峰，2925cm-1處的波峰表征的是CH2-的伸縮振動。波數1626cm-1處產生的吸收峰可能是受C=O的伸縮振動的影響，其成分大致可以劃分為油脂與其他物質中的羰基化合物。而在1600cm-1-1000cm-1的波段區(qū)域中，此范圍內大多是枸杞中的兩種主要成分——多糖與糖苷配體的C-O和C=O伸縮振動而形成的吸收峰[8]。1.3研究意義枸杞分布范圍廣，不同產地所產枸杞的品質也不盡相同。市面上常出現以次充好的現象。上述常見的枸杞鑒別方法，如性狀鑒別方法，一般若不是經驗豐富的果農果商，普通消費者較難鑒別出來；而其他技術則也需要掌握專門的學科技術和知識。對于普通消費者也難以掌握。本試驗將對直接對比紅外譜圖和紅外譜圖結合相似度匹配的兩種枸杞產地檢測方法進行探究比較，找出更方便快捷，即使沒有相關專業(yè)知識積累的非專業(yè)人員，也能迅速作出判斷的方法。2.實驗部分2.1實驗儀器和藥品2.1.1實驗儀器及設備NICOLETIS10型傅立葉變換中紅外光譜儀（美國賽默飛世爾科技公司）；ATR附件（美國賽默飛世爾科技公司）、TQAnalyst軟件、OMNIC軟件、Origin軟件均由美國賽默飛世爾科技公司提供。2.1.2實驗樣本的收集本試驗以網購的方式，于京東商城不同廠家的旗艦店購買枸杞作為樣品。分別來自寧夏枸杞，新疆枸杞，甘肅枸杞總共14個樣品。枸杞樣品無需進行前處理。其中寧夏總共7個樣，樣品編號為1、2、3、4、5、6、7；新疆總共4個樣，樣品編號為8、9、10、11；甘肅總共3個樣樣品編號為12、13、14。具體信息如下表1：表1實驗樣品樣品編號名稱標示種類生產廠家、品牌或商家顏色形態(tài)觸摸手感1寧夏紅果枸杞廣州市荔灣區(qū)深紅扁平顆粒狀，外表有皺紋粗糙+2寧夏紅果枸杞寧夏銀川市3寧夏紅果枸杞寧夏銀川市4寧夏紅果枸杞重慶市江北區(qū)5寧夏紅果枸杞寧夏中衛(wèi)市紅梧山枸杞產區(qū)6寧夏紅果枸杞寧夏中衛(wèi)市中寧縣7寧夏紅果枸杞寧夏中衛(wèi)市中寧縣8新疆紅果枸杞新疆烏魯木齊市頭屯河區(qū)9新疆紅果枸杞新疆精河縣枸杞加工園區(qū)10新疆紅果枸杞新疆和碩縣烏什塔拉鄉(xiāng)東戈壁11新疆紅果枸杞新疆烏魯木齊市水磨溝區(qū)12甘肅紅果枸杞甘肅省白銀市靖遠縣13甘肅紅果枸杞甘肅古浪14甘肅紅果枸杞甘肅會寧縣2.2實驗方法2.2.1光譜信息的采集使用NICOLETIS10型傅立葉變換中紅外光譜儀采集，以衰減全反射(ATR)附件對枸杞樣品進行光譜掃描，光譜范圍400~4000/cm-1，分辨率4，掃描次數16次，在正式采集樣品光譜前，要先采集空氣背景光譜，用于扣除環(huán)境中二氧化碳和水蒸氣等對測量結果的影響。光譜采集過程中保持試驗空間內溫度濕度基本不變，由于儀器在測量掃描的過程中較為敏感，因此需保證試驗室內的安靜。以下為本實驗中不同產地枸杞樣本的中紅外光譜采集流程:一、打開光譜儀，令OMNIC軟件與儀器連接，在“參數文件”中選擇積分球漫反射（固體）的附件程序，設置光譜掃描參數，采集ATR附件的空氣背景光譜，并設置背景測量間隔為每小時一次;二、將枸杞樣本置于ATR附件的樣品臺，掃描樣品光譜，同時扣除空氣背景光譜;三、每次光譜采集結束用棉花蘸取少量乙醇清洗ATR附件，待樣品臺自然干燥后繼續(xù)下一樣本采集。四、從每一樣品中隨機選取任意10個枸杞，每個枸杞各采集一個譜圖，即取樣10次進行光譜掃描，并對譜圖進行校正。五、14個樣品一共獲得140個譜圖，為枸杞中紅外較正后譜圖，保存?zhèn)溆谩?.2.2中紅外光譜的預處理用OMNIC軟件查看譜圖，發(fā)現即使經過矯正，部分譜圖的基線依然不平直或非零吸收。影響基線的原因主要有背景譜圖的質量，樣品的質量、樣品的制備方式和試驗所用附件種類。由于本試驗枸杞樣品沒有使用KBr研磨壓片，而是直接對整顆枸杞果實進行掃描取譜的情況下，大粒子（大于5微米）則會引起散射。使得加大了高頻的吸收，反映為基線的非零吸收或者朝高頻方向向上的斜坡。如果基線不平直或非零吸收，在進行譜庫檢索時，譜圖中的基線區(qū)域，會被視作與譜庫中譜圖的基線有明顯的差異，進而使檢索的結果不準確。因此如若對譜圖做一個基線校正的預處理操作，在檢索庫、作差譜、標峰或者譜圖對比，都能得到嚴謹的結果。2.3紅外譜圖對比區(qū)分枸杞產地2.3.1原理中紅外光譜所處波長范圍是2.5-25um(4000-400cm-1)的區(qū)域，通過觀察峰的位置、形狀、強度等一系列信息，可以獲得所測有機分子的化學鍵基頻振動信息。中紅外光譜主要可劃分成2個區(qū)：指紋區(qū)和特征頻率區(qū)。指紋區(qū)是通過變形振動產生的譜帶。指紋區(qū)所處波段為400cm-1-1500cm-1，主要表現了含氫基團的彎曲振動如O-H和C-H等和單鍵的伸縮振動如C-N,C-O,C-C等。由于指紋區(qū)的吸收峰數量多且復雜，該區(qū)域的吸收峰和振動基團頻率易受分子結構的變化影響，當分子結構有細微改變時，該區(qū)域的吸收峰也會相應變化，并反映出分子特征。有利于分辨具有相似結構的化合物，而且可以間接證明化合物擁有某種基團，所以通常把該區(qū)域和標準譜圖進行比較，以此對化合物進行判別和結構分析。特征頻率區(qū)所處波段為1500cm-1-4000cm-1。其吸收峰數目雖然不多但具有較明顯的特征性。1500cm-12000cm-1表現N,C=O,C=C的伸縮振動；2000cm-1-2500cm-1波段是累積雙鍵和三鍵區(qū)；2500cm-1-4000cm-1波段則表現出O-H,C-H,N-H的伸縮振動。中紅外光譜有多種適用的樣品，根據樣品的狀態(tài)分為液體、氣體、固體和懸濁體等，純樣品、混合樣品、有機物、無機物，都能通過中紅外光譜測定。同時紅外光譜技術還有免前處理，節(jié)約分析成本支出、低損耗、綠色環(huán)保、測量效率高、無損等優(yōu)勢。枸杞果實的紅外光譜是由不同成分的光譜經過復合而成的一張譜圖，表現了枸杞的實質特點。譜圖的吸收峰主要反映有多糖、有機酸、類固醇、多膚、類黃酮、甜菜堿、脂肪酸、18種氨基酸、胡蘿卜素和微量元素等成分[8,20]。根據紅外譜圖中峰位差異明顯的不同樣品，可以簡單、直接地對樣品進行區(qū)分。而不同產地的枸杞，由于是一種品種，光譜相對較為相似。但產地不同，受氣候、環(huán)境、海拔等自然條件的影響，都會造成枸杞的形狀、質地、顏色等形狀的差異。故必然會使其中的組分有一定的不同，進而導致紅外譜圖的差異，并表現在譜圖的指紋區(qū)。本試驗即通過觀察不同地區(qū)的枸杞紅外譜圖，并進行產地間、地區(qū)間的譜圖吸收峰的相對強度和波數位置比較，找出能區(qū)分產地的特殊峰所在波段。2.3.2直接譜圖解析區(qū)分枸杞產地的方法由于每個地區(qū)均有產自不同廠家的枸杞，因此從每個產家的枸杞樣品隨機選擇一張紅外譜圖進行研究。先通過比較同一產地不同地區(qū)的枸杞譜圖的特征峰，對同一產地枸杞地區(qū)間的差異性進行研究；再對不同產地的枸杞譜圖進行比較，檢驗是否能通過紅外譜圖解譜的方式，對枸杞產地進行區(qū)分。由文獻可知，中藥材的吸收峰是由各組分的紅外譜圖疊加而成，因此即使是同一地區(qū)的枸杞，也難以對枸杞特征峰進行一個波數的確定作為標準。只能對組分的吸收峰所處波數范圍進行大致劃分，故在本實驗中，對于枸杞紅外譜圖，用于比較的波段需在試驗中根據實際情況方可確定。2.4紅外譜圖結合相似圖匹配對比區(qū)分枸杞產地2.4.1原理相似度匹配可以對藥材進行等級的判定，需將有一定數量的品質較好的枸杞樣品作為標準品提供對照標準[12]。設有m個對照樣品，每個樣品的光譜掃描波長點數為n，得到的光譜數據構成數據矩陣，設待評價藥材樣品的光譜數據為xnew，經過公式計算，可以獲得殘差光譜e，反映了待評價藥材樣品與標準樣品光譜信息之間差異的大小?；跉埐罟庾Ve，可以按下式計算待評價藥材樣品光譜信息與對照樣品光譜信息之間的相似度匹配值(SimilarityMatehValue，SMV):SMV的范圍為0~100，其值越高，說明待評價藥材樣品與對照樣品的光譜信號越相似[12]。2.4.2方法本試驗中，將使用同一產地中枸杞的最優(yōu)品質枸杞作為對照樣品，將該產地中紅外光譜數據作為相似度匹配模型建立，得出的結果可用于枸杞的產地區(qū)分。使用TQAnalyst軟件，在Description界面選擇相似度匹配的方法。導入作為標準品的5號所有譜圖。選用原始譜圖、一階導數、二階導數對其建模，并采用Savitzky-Golayfilter或濾噪方式和合適的濾噪，截取合適波段，調試建立模型。軟件自動計算后，將所有樣品的全部譜圖導入與之進行匹配值計算。結果導出為Excel表格，根據不同產地與標準譜圖的匹配值，可以大致區(qū)分產地。3.結果與討論3.1紅外光譜為避免譜圖因為基線不平直或非零吸收導致的試驗檢索結果不準確，現對所有采集譜圖進行基線處理。以第2號樣的譜圖2-1如圖1所示，基線呈高頻方向向上的斜坡。經過OMNIC軟件的基線處理后，基線平整且基本為零吸收。2-1如圖2所示。圖SEQ圖\*ARABIC12-1枸杞原始譜圖圖SEQ圖\*ARABIC22-1枸杞基線處理后3.2紅外譜圖對比區(qū)分枸杞產地3.2.1同一地區(qū)的譜圖比較一、寧夏中衛(wèi)的枸杞比較。如圖3，為寧夏中衛(wèi)市的三個枸杞樣品，將5、6、7號枸杞的譜圖進行比較?？梢娤聢D三個產地的枸杞譜圖產生吸收峰的波段均比較相似。在2848cm-1和2916cm-1附近是甲基CH3-和亞甲基CH2-的伸縮振動[3]。1730cm-1附近的波峰，主要是羧酸類或酯類。5號、6號、7號均有此峰，但由于5號枸杞峰不明顯，所以在自動標峰時沒有顯示出來。根據坐標軸的位置，可以看出此峰是在波數1730cm-1附近的。1630cm-1，1411cm-1，1259cm-1附近是C=C、C=O-C的伸縮振動，此類化學鍵的來源主要有氨基酸、蛋白質類的酰胺I帶、Ⅲ帶、生物堿類、不飽和酯類[8]。在此枸杞譜圖中，5號譜圖在此類峰表征為1634cm-1，1417cm-1，1258cm-1；6號譜圖在此類峰表征為1627cm-1，1413cm-1，1255cm-1；7號譜圖在此類峰表征為1632cm-1，1413cm-1，1246cm-1。在1050cm-1-1029cm-1處有醇類物質的C-O的波峰，說明成分有多糖和氨基酸[1]。850cm-1-770cm-1有小尖峰，證明枸杞中有多糖類物質。又630cm-1-520cm-1處的吸收峰表示的是微量元素，5號在這一區(qū)域內峰不明顯，而6、7號元素都有這種峰，說明在這一地區(qū)中，5號枸杞的微量元素相對較少。從整體上來看，這3個譜圖波峰位置與與數目均是相似的，可以判斷確實是來自寧夏中衛(wèi)地區(qū)的。但5號枸杞的峰形明顯比6號和7號窄。因此對5、6、7號枸杞的歸一化譜圖進行分析，如圖4。無論是3390cm-1附近的峰，還是1600cm-1-1000cm-1的波段區(qū)域的吸收峰，5號的峰都比6、7號要高，說明多糖物質與氨基酸物質是5號枸杞含量最多。綜合各波峰反映的信息，得出結論：5、6、7號枸杞確實為同一產地所出，其中5號枸杞的多糖和氨基酸物質是較高的，具有更好的營養(yǎng)價值。圖SEQ圖\*ARABIC3寧夏中衛(wèi)地區(qū)枸杞譜圖圖SEQ圖\*ARABIC4寧夏中衛(wèi)地區(qū)枸杞歸一化譜圖二、寧夏中衛(wèi)與寧夏非中衛(wèi)的比較。由于本次購買的寧夏地區(qū)枸杞，有寧夏中衛(wèi)的與寧夏其他地區(qū)的，因此將7個枸杞樣品大致分為寧夏中衛(wèi)與寧夏非中衛(wèi)。并對兩類譜圖進行觀察比較。寧夏非中衛(wèi)共有四個樣品，其中2號、3號均來自銀川地區(qū)，1號和4號由于廠家沒有注明具體地區(qū)，故也歸入寧夏非中衛(wèi)。觀察圖3所示四個枸杞樣品全譜圖，由于皆為寧夏產地所產枸杞，因此紅外譜圖是相似的。整體峰形與峰位與寧夏中衛(wèi)枸杞譜圖，沒有較大差異，證明了同一產地枸杞所含的組分物質是相同的。枸杞的指紋區(qū)所處波段為400cm-1-1500cm-1，由于當分子結構有細微改變時，反映的是分子特征不同導致的吸收峰的變化，因此在對比枸杞譜圖時，主要比較這一區(qū)域。先將每一樣品各自的所有譜圖進行排列，從整體上觀察它們的特征。如圖所示為枸杞1-4號與5-7號樣品的紅外譜圖。其中1-4號枸杞，譜圖間較為相似，在波峰處比較流暢，峰形較寬。而5-7號枸杞，譜圖在吸收峰處較為的峰形較為尖銳和窄高。通過峰形的差別，可以大致區(qū)分寧夏產地的枸杞，寧夏中衛(wèi)的枸杞樣品譜圖，波峰峰形比較尖銳；寧夏非中衛(wèi)的枸杞樣品譜圖，峰形比較平緩寬矮。圖SEQ圖\*ARABIC5寧夏非中衛(wèi)地區(qū)枸杞譜圖三、新疆之間的比較。圖4為從新疆產地的四個廠家購買的來自三個地區(qū)的枸杞，8~11號樣品的中紅外譜圖，分別是烏魯木齊、精河、和碩。從整張譜圖來分析，新疆產地的四個枸杞樣品的化學組分大體上是一致的。對吸收峰分析后，發(fā)現主要有多糖、氨基酸、微量元素的物質。其中，O-H基團伸縮振動產生的峰，分布區(qū)域為3343cm-1~3359cm-1，記為3344cm-1的附近2848cm-1和2916cm-1附近是甲基CH3-和亞甲基CH2-的伸縮振動[21]，8號的此類吸收峰在2849cm-1和2917cm-1，9號的此類吸收峰在2849cm-1和2916cm-1,10號的此類吸收峰在2849cm-1和2917cm-1，11號的此類吸收峰在2849cm-1和2916cm-1,。因此這四個枸杞樣品，的含有O-H基團、CH3-、CH2-的物質含量基本一致。1730cm-1附近的波峰，主要是羧酸類或酯類[21]。只有10號樣品有較強的此類峰于1733cm-1處，8、9、11在此處的峰都因不夠明顯而沒有被識別標出，說明10號枸杞所含的羧酸類或酯類物質是在這幾類樣品中較多的。1587cm-1和1405cm-1的附近范圍表征的是氨基酸多肽類的吸收峰，其成分大致可以劃分為油脂與其他物質中的羰基化合物[20]。在1620cm-1處的吸收峰，是枸杞中的氨基酸產生的。由此可以大致推斷，在1587cm-1-1620cm-1范圍附近以及1417cm-1附近是氨基酸產生的吸收峰[1]。8號枸杞此類物質產生峰所在位置為1586cm-1和1412cm-1；9號枸杞此類物質產生峰所在位置為1594cm-1和1417cm-1；10號枸杞此類物質產生峰所在位置為1628cm-1和1417cm-1；11號枸杞此類物質產生峰所在位置為1628cm-1和1414cm-1。1057cm-1附近的峰帶是由許多吸收峰排列或者疊加而形成的，可以歸類為多糖、苷類物質的C-0H彎曲振動[15]。在8、9、10、11號枸杞中，分別表現為1058cm-1、1055cm-1、1074cm-1、1078cm-1。850cm-1-770cm-1有小尖峰，證明枸杞中有多糖類物質。又63cm-1-520cm-1處的吸收峰表示的是微量元素[1]。對于表現微量元素的峰，8號在634cm-1，9號在631cm-1，10號在631cm-1，11號在630cm-1。而對于表示多糖物質的小尖峰，主要集中在700cm-1-818cm-1區(qū)域內。由此可以看出，譜圖的500cm-1-800cm-1區(qū)間峰的差別不會很大，因此主要觀察1000cm-1-1700cm-1范圍附近處的區(qū)別。從四個全譜圖來看，在此范圍內，10號枸杞的波峰是比較多且明顯的。圖SEQ圖\*ARABIC6新疆產地枸杞譜圖從歸一化譜圖來看，如圖7所示。觀察8號和11號峰的高度，可知在新疆枸杞的各種組分中，8號和11號所代表的烏魯木齊產區(qū)，枸杞的各成分含量是較高的，其中包括枸杞的氨基酸和多糖物質。但8號和11號相比之下，8號的峰更高一些，說明即使是同一產區(qū)，但是采摘期不同等原因，都會對枸杞造成一定的影響，因為不同的采摘期即意味著枸杞種植時可能雨水、日照、氣候等自然條件都會不一樣。而對于9號和10號枸杞，整體譜圖是較為重合的，因此各組分含量差異不會過大。而在1000cm-1附近范圍的峰，表示樣品含有多糖和氨基酸。在此波段中，9號的峰較10號更高一些，因此判斷9號的多糖類物質或氨基酸含量比10號更高一些。綜上推斷，新疆產地的枸杞，其中烏魯木齊地區(qū)的枸杞，營養(yǎng)和藥用價值最高，精河次之，和碩最差。且同一地區(qū)但不同的采摘期也會影響枸杞的品質。圖SEQ圖\*ARABIC7新疆產地枸杞歸一化譜圖四、甘肅之間的比較。圖6為從甘肅產地的三個廠家購買的來自三個地區(qū)的枸杞，12-14號樣品的中紅外譜圖，分別是靖遠、古浪、會寧。從整張譜圖來分析，甘肅產地的三個枸杞樣品的化學組分大體上是一致的。在12號的3345cm-1處，13號的3326cm-1處，14號的3324cm-1處吸收峰，是由于O-H基團的伸縮振動而產生的。12號譜圖的2917cm-1和2850cm-1，13號譜圖的2916cm-1和2849cm-1，14號譜圖的2916cm-1和2849cm-1，是甲基CH3-和亞甲基CH2-的伸縮振動產生的峰。1730cm-1附近的波峰，主要是羧酸類或酯類[15]。在這三個譜圖中，只有14號因為峰強不夠明顯，沒有被自動識別標出。而12號枸杞樣品的此類峰在1733cm-1，13號枸杞樣品的此類峰在1732cm-1。1587cm-1和1405cm-1的附近范圍表征的是氨基酸多肽類的吸收峰[20]。12號枸杞表征為1590cm-1和1416cm-1，13號枸杞表征為1592cm-1和1416cm-1和，14號枸杞表征為1584cm-1和1413cm-1。1259cm-1附近是C=C、C=O-C的伸縮振動[8]。12號的1250cm-1處，13號的1256cm-1處，14號的1258cm-1處，此類化學鍵的來源主要有氨基酸、蛋白質類的酰胺I帶、Ⅲ帶、生物堿類、不飽和酯類[8]。觀察三個譜圖，可以發(fā)現在12號的1077cm-1處，13號的1057cm-1處，14號的1054cm-1處，是由許多吸收峰排列或者疊加而形成的峰帶。主要是多糖、苷類物質的C-0H彎曲振動而形成的。在王秀芬的利用紅外譜圖區(qū)分枸杞產地的試驗中，以及文獻資料可知，920cm-1，867cm-1，819cm-1和779cm-1的吸收峰是由糖環(huán)骨架對稱與不對稱的伸縮振動造成的[21]。而在這三個樣品處則體現為12號在719cm-1-921cm-1處有峰，13號在718cm-1-920cm-1處有峰，14號在717cm-1-921cm-1處有峰。其中12號靖遠地區(qū)在此波段峰相對另外兩個地區(qū)不夠明顯，被自動識別標出來的峰數較13號古浪地區(qū)和14號會寧地區(qū)要少。推測12號枸杞的的此類多糖成分比13號和14號枸杞要少。而對于630cm-1-520cm-1處的吸收峰表示的是微量元素[1]。12號的586cm-1和630cm-1，13號的620cm-1，14號的524cm-1，588cm-1和633cm-1處的吸收峰是由于枸杞中含有的微量元素產生的。雖然這三個譜圖在500cm-1-900cm-1附近有峰數的差異，但由于這一系列峰的強度都不大，因此主要觀察1000cm-1-1700cm-1范圍附近處的區(qū)別。圖SEQ圖\*ARABIC8甘肅產地枸杞譜圖如圖9歸一化譜圖所示，三個樣品譜圖較為重合，峰高差異不明顯。說明枸杞的部分組分含量比較接近。對比1000cm-1-1700cm-1范圍附近波峰的變化。在1587cm-1和1405cm-1的附近范圍，以及在1057cm-1附近的吸收峰，14號樣品的峰強度是最小的，而12號和13號的峰強度較為重合但12號峰強更大些，說明氨基酸多肽類和多糖、苷類物質的含量，14號最少，12號和13號含量接近但12號更多。綜上推斷，甘肅產地的枸杞，其中靖遠和古浪地區(qū)的枸杞，品質和藥用價值比較接近，但靖遠的更勝一籌，古浪的枸杞次之，會寧的枸杞最差。圖SEQ圖\*ARABIC9甘肅產地枸杞歸一化譜圖3.2.2三個產地的譜圖比較由上文的各產地的地區(qū)間枸杞譜圖的比較，可知在枸杞中含量較多的是，主成分之一的多糖類物質。多糖類物質越多，說明該地產的枸杞品質越好，使用價值越高。因此通過比較不同產地的枸杞多糖含量，可以實現快速判別枸杞品種。現在選擇三個產地中各自品質最好的枸杞樣品譜圖，進行比較。故選擇寧夏中衛(wèi)的枸杞中的5號，新疆烏魯木齊的8號，甘肅靖遠的12號。如圖10所示為三個枸杞樣品的歸一化譜圖。對比1587cm-1和1405cm-1的附近范圍，以及在1057cm-1附近的吸收峰，波峰強度由大到小依次為8號，5號，12號。此處吸收峰主要反映氨基酸多肽類和多糖、苷類物質的含量。由此推測8號枸杞所含的氨基酸多肽類和多糖類物質含量是最多的。王秀芬等在用紅外光譜技術對枸杞產地進行區(qū)分，通過比較1631cm-1和1057cm-1的吸收峰的相對強度，進而能對不同產區(qū)枸杞的多糖含量進行比較，利用多糖含量差異區(qū)分不同產地的枸杞[15]。圖SEQ圖\*ARABIC10三產地枸杞歸一化譜圖現通過OMNIC的“標峰”功能，獲得每一個樣品譜圖的峰的強度信息。由于僅比較多糖含量，故選取了1631cm-1附近和1057cm-1附近產生的波峰。下表為每一枸杞譜圖在此范圍產生的吸收峰強度。不同產地的枸杞，表征多糖的峰強度是存在范圍性的差異的。強度越大，反映了多糖含量越高。經比較可知，多糖的含量新疆>寧夏>甘肅。枸杞富含的多糖能針對人體抗衰老、提高免疫力及降血糖等起到較明顯的促進作用[1]。故多糖含量越高的枸杞，其品質越好，越具有營養(yǎng)價值，藥用價值也越高。故新疆產地的枸杞是本次試驗中品質最好的枸杞。表2各產地表征多糖波峰的強度范圍產地1631cm-11057cm-1新疆0.106~0.2230.173~0.380寧夏0.052~0.1830.080~0.368甘肅0.110~0.1370.143~0.2643.3紅外光譜結合相似度匹配建模3.3.1建模條件的優(yōu)化將作為標準品的所有樣品譜圖導入TQAnalyst軟件，經過對光譜的前處理與波段范圍、濾噪方式與濾噪的調試，得出建立該模型的最佳方法：使用多重散射校正技術(multiplicativescattercorrection,MSC)，對原始紅外譜圖加以處理，目的是減少樣品顆粒尺寸，不均勻等造成的影響。接著選擇二階微分消除線性背景，接著選擇Norris導數平滑濾波（51,20）對光譜數據作平滑處理。綜上所述，能建立該模型的最優(yōu)參數為：二階導數+Norrisderivativefilter濾噪（51,20）。截取的波段范圍為“2476.78cm-1~1904.80cm-1+2443.2cm-1~2119.00cm-1”3.3.2相似度匹配模型的應用單擊軟件中的“Diagnostics”，選擇“MultipleSummary”將所有樣品譜圖導入該模型，進行匹配值計算，導出結果在Excel表格。其呈現結果為各樣品譜圖與標準譜圖的相似度匹配值。若大于90，可判定此樣品與標準樣品同屬一產地；若小于90，可判定此樣品與標準樣品不同屬一產地。但在實際操作中，由于枸杞受果皮表面不平整而引起的散射或者探頭擠壓而掃描到種子的譜圖，都會使同種枸杞樣品，多次掃描但譜圖有些差異，導致雖為同一產地枸杞，但匹配結果有偏差。故將產地判定標準修改為：若匹配結果有一半或以上大于90，可判定此樣品與標準樣品同屬一產地；若匹配結果超過一半小于90，可判定此樣品與標準樣品不同屬一產地?，F分別以在上一試驗中確定的三產地各自最優(yōu)枸杞，作為標準品，進行相似度匹配計算，根據匹配值探索能否區(qū)分產地。一、以寧夏5號為標準品。將5號導入模型，計算后導入剩余所有樣品，將計算結果導出如下表：表3不同產地枸杞與5號的匹配值樣品產地樣品編號匹配值寧夏1-1.SPA43.77寧夏1-2.SPA89.45寧夏1-3.SPA93.32寧夏1-4.SPA92.73寧夏1-5.SPA96.05寧夏1-6.SPA96.34寧夏1-7.SPA96.92寧夏1-8.SPA95.35寧夏1-9.SPA96.34寧夏1-10.SPA95.55寧夏2-1.SPA95.2寧夏2-2.SPA96.43寧夏2-3.SPA96.68寧夏2-4.SPA96.28寧夏2-5.SPA92.92寧夏2-6.SPA96.23寧夏2-7.SPA96.9寧夏2-8.SPA96.29寧夏2-9.SPA95.62寧夏2-10.SPA93.01寧夏3-1.SPA45.3寧夏3-2.SPA73.23寧夏3-3.SPA84.15寧夏3-4.SPA88.85寧夏3-5.SPA86.85寧夏3-6.SPA94.73寧夏3-8.SPA95.46寧夏3-9.SPA96.73寧夏4-10.SPA98.11寧夏5-1.SPA100寧夏5-2.SPA100寧夏5-3.SPA100寧夏5-4.SPA100寧夏6-4.SPA98.35寧夏6-5.SPA97.25寧夏6-6.SPA94.92寧夏6-7.SPA96.33寧夏6-8.SPA97.47寧夏7-3.SPA46.42寧夏7-4.SPA40.55寧夏7-5.SPA43.22寧夏7-7.SPA69.13寧夏7-8.SPA57.3寧夏7-9.SPA64.14寧夏7-10.SPA72.9新疆8-1.SPA36.47新疆8-2.SPA47.01新疆8-3.SPA45.83新疆8-4.SPA47.26新疆8-5.SPA58.55新疆8-6.SPA62.75新疆8-7.SPA84.15新疆8-8.SPA67.43新疆8-9.SPA72.44新疆8-10.SPA73.45新疆9-1.SPA31.71新疆9-2.SPA38.09新疆9-4.SPA52.91新疆10-6.SPA96.79新疆10-7.SPA97.42新疆10-8.SPA96.67新疆10-9.SPA97.02新疆10-10.SPA97.25新疆11-1.SPA98.35新疆11-2.SPA98.1新疆11-3.SPA98.61新疆11-4.SPA21.49新疆11-5.SPA41.76新疆11-6.SPA58.98新疆11-7.SPA59.77新疆11-8.SPA75.86新疆11-9.SPA86.87新疆11-10.SPA79.44甘肅12-1.SPA94.13甘肅12-2.SPA90.28甘肅12-3.SPA94.99甘肅12-4.SPA95.53甘肅12-5.SPA92.14甘肅12-6.SPA95.3甘肅12-7.SPA93.99甘肅12-8.SPA97.41甘肅12-9.SPA92.99甘肅12-10.SPA96.42甘肅13-1.SPA35.26甘肅13-2.SPA41.44甘肅13-3.SPA36.57甘肅13-4.SPA54.74甘肅13-5.SPA50.58甘肅13-6.SPA73.38甘肅13-7.SPA68.4甘肅13-8.SPA69.79甘肅13-9.SPA61.71由上表結果可知，1,2,3,4,5,6,10,12號枸杞有一半或以上的匹配值為大于90，而7,8,9,11,12,13,14號枸杞有超過一半的匹配值為小于90。而1到7號枸杞為寧夏產地，故可知1,2,3,4,5,6,8,9,11,13,14的匹配值結果與實際產地相符合，而7,10,12產生誤判。故可先對寧夏枸杞樣品進行判定。現對新疆產地和甘肅產地的未產生誤判的樣品進行研究。其中，8,9,11號樣品匹配值平均值皆大于等于60，而13,14號樣品平均匹配值均小于60。通過其匹配值的平均值的分層，可大致區(qū)分新疆和甘肅產地。二、以新疆8號為標準品。將8號導入模型，計算后導入剩余所有樣品，將計算結果導出如下表：表4不同產地枸杞與8號的匹配值由上表可知，以新疆8號為標準品，導入的樣品譜圖所獲匹配值混亂，既無法篩選出新疆產地也無法判別其他產地。故該模型不適用于新疆產地樣品。三、以甘肅12號為標準品。將12號導入模型，計算后導入剩余所有樣品，將計算結果導出如下表：表5不同產地枸杞與12號的匹配值由上表可知，以甘肅12號為標準品，由導入的樣品譜圖所獲匹配值可知，1,2,5,10號匹配值大于90,而3,4,6,7,8,9,11,12,13,14皆超過一半樣品匹配值為小于90，匹配結果與實際情況不符。故該模型無法以甘肅12號為標準，區(qū)分各樣品產地。紅外光譜結合相似度匹配的方法從原理上是可操作的，但在本模型中產生誤差的原因主要有：（一）ATR附件對于粉末、液體等成分均勻的樣品，能采集到穩(wěn)定的光譜，但本次實驗所用枸杞樣品，均為未經處理的枸杞整果。其具有多種成分且為固體，經擠壓導致探頭與果實的種子接觸等都會造成成分不均，故出現雖為同一產地枸杞但譜圖差異性大而出現的結果偏差。（二）由于ATR附件對于所測樣品，其光源只有幾微米的深度能透過樣品，由此導致的成分不均也會使結果產生偏差。而枸杞表皮布滿皺紋，在探頭擠壓過程，會出現與表皮接觸不均的情況，因此會出現光源無穿透表皮而導致譜圖差異[22]。4.結論4.1結論一、使用直接對比紅外譜圖法，可以有效的對枸杞產地進行區(qū)分。該方法根據枸杞樣品紅外譜圖的指紋區(qū)的吸收峰的特征性，能較好地根據其峰強度大小，判斷表征該峰的化學成分含量。由于不同產地的自然條件的差異性，會對枸杞的某些成分形成顯著影響，表現為峰強度不同。據此則能對不同產地的枸杞進行區(qū)分。本試驗中，具有明顯差異的峰主要集中在1631cm-1和1057cm-1附近范圍，該范圍峰表征的是多糖類物質。所購三個產地的多糖含量，依次為新疆>寧夏>甘肅。據此將三個產地進行區(qū)分，且結果與實際產地一致。二、運用紅外光譜結合相似度匹配的方法，需以有質量標準的樣品作為標準品，再將待檢測樣品與其進行匹配，根據不同產地間樣品與標準品匹配值的不同，可以大致區(qū)分產地。在本實驗中，最優(yōu)模型參數為：二階導數+Norrisderivativefilter濾噪（51,20）。截取的波段范圍為“2476.78cm-1~1904.80cm-1+2443.2cm-1~2119.00cm-1”。分別以三個產地的最優(yōu)品作為標準品導入模型，僅有寧夏產地的枸杞能被大致